2.1植物细胞工程导学案（有答案）-高二下学期生物人教版选择性必修3.docxVIP

2025年

2.1植物细胞工程

学习目标：

1．概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。【生命观念】

2．举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。【生命观念】

3．尝试进行植物组织培养。【科学探究】

学习重点：

1．植物组织培养的原理和过程。

2．植物体细胞杂交技术的原理。

3．植物细胞工程应用的实例

学习难点：

植物组织培养的实验。

知识导航

一、植物细胞的全能性

细胞全能性：细胞经分裂、分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。

特别提醒

1.在植物体生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性。

2.植物细胞表现全能性的条件

①离体状态。

②营养物质：种类齐全、比例合适。

③植物激素：生长素、细胞分裂素。

④外界条件：适宜的温度、pH和光照(愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需照光)等。

⑤无菌操作。

3.必须要离体的原因是：生物体内的活细胞尽管具有全能性，但受基因选择性表达的调控，一般都要进行定向的、不可逆的细胞分化，不能表现其全能性。

4.细胞分化指在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫作细胞分化。例如由种子发育成植株的过程中要经过细胞分化，以形成不同的组织和器官。

5.脱分化指在一定激素和营养等条件的诱导下，植物已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成薄壁组织团块(愈伤组织)的过程。

6.再分化指愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。

7.全能性表达过程

①脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。

②再分化：脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。

③激素的作用：植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。

二、植物细胞工程的基本技术

1.植物细胞工程的基本技术包括植物组织培养和植物体细胞杂交

2.植物组织培养和植物体细胞杂交的原理、过程、应用比较

比较项目

植物组织培养

植物体细胞杂交

原理(理论基础)

细胞的全能性

细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性

选材

选取根尖、茎尖、形成层部位(最容易诱导脱分化)

不同植物细胞(融合后形成杂种细胞)

技术操作

脱分化、再分化

①除脱分化、再分化外，还要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；②用物理法(电融合法、离心法)或化学法[聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法]诱导细胞融合

应用

①快速繁殖、作物脱毒等；②培育新品种；③生产细胞产物

打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种

关系

植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂

三、植物繁殖的新途径

1.微型繁殖：高效快速地实现种苗的大量繁殖；无性繁殖，保持优良品种的遗传特性；不受自然生长季节的限制，可实现产业化生产。

2.作物脱毒：

①马铃薯和草莓都是无性繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传播给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。

②分生区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒），从这些地方取材经组织培养可获得脱病毒苗。

③脱病毒苗能够明显使农作增产。

3.人工种子：

以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。

人工种子培育的过程：外植体→脱分化形成愈伤组织→再分化形成胚状体→胚状体+人工胚乳+人工种皮→人工种子

人工种皮：抗压、保水、透气；胚状体：具有发育成完整植株的能力；人工胚乳：保证胚状体生长发育的必需物质

四、作物新品种的培育

1.单倍体育种

①花药(或花粉)离体培养过程就是植物组织培养过程。单倍体育种的优点是后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。

②原理：植物细胞具有全能性、染色体数目变异。

③方法：花药离体培养得到单倍体幼苗，秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，染色体加倍得到稳定遗传（纯合子）的优良品种。

④过程：花药（脱分化）→愈伤组织（再分化）→单倍体植株→秋水仙素或低温诱导加倍→正常纯合植株。

2.突变体的利用：

在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。

植物产物的工厂化生产

1.细胞产物的种类：糖类、脂肪、蛋白质、香料、色素、药物、生物碱等。

2.植物产物工厂化生产的过程

外植体（脱分化）→愈伤组织→分散形成细胞悬液→发酵，获得细胞产品→提纯

习题巩固

1．下列有关植物细胞工程应用的叙述，错误的是（）

A．利用组织培养技术培育脱毒苗，获得具有抗病毒的新品